Los físicos observan propiedades cuánticas en el mundo de los objetos - principal


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Demuestran los vínculos de la física de lo ultrapequeño con lo cotidiano

Los físicos han demostrado un comportamiento regido por reglas del mundo cuántico que opera a nivel de átomos, en objetos mecánicos lo suficientemente grandes como para verlos.

Una vista cercana del pequeñísmo resonador, tomada con un microscopio electrónico de barrido, utilizada en la primera demostración de comportamiento cuántico de un objeto de uso cotidiano. El resonador está hecha de una fina película de nitruro de aluminio inserta entre dos capas de aluminio. La parte mecánica activa de la estructura es la forma de cuadrilátero en el centro. A. Cleland / UCSB

El logro cumple un sueño largamente acariciado de unir el mundo cuántico con el cotidiano. Un día, dicen los investigadores, los dispositivos mecánicos de un laboratorio podrán ser manipulados de acuerdo a las normas de los átomos individuales, allanando el camino para el procesamiento cuántico de información o sondeando otras conductas inusuales del mundo subatómico.

“Este es un trabajo pionero”, dice Markus Aspelmeyer, un físico de la Universidad de Viena en Austria, que no estuvo asociado con el trabajo. “Ahora la puerta está abierta. Ahora comienza la diversión.”

Ajustar el resonador a una ciclo de alta frecuencia de vibración, ilustrado en este dibujo que muestra el ciclo de expansión y contracción que se produce 6 mil millones de veces por segundo, permitió a los investigadores llevar al material a un estado fundamental cuántico utilizando sólo un refrigerador de tipo comercial. A. Cleland / UCSB

Distintos equipos han competido durante años para vincular la cuantía y el reino cuántico y el cotidiano construyendo un pequeño dispositivo de oscilación que consuma la mayor cantidad de su energía que sea posible físicamente, reduciéndose al “estado cuántico fundamental” La mayoría de grupos han intentado hacer esto mediante la construcción de refrigeradores cada vez más potentes para enfriar el material a cero casi absoluto, el cero en la escala de temperatura Kelvin.


Sin embargo, el físico Andrew Cleland de la Universidad de California, Santa Barbara, decidió, en cambio, tomar un atajo. “Si tomara un tenedor de afinación y quisiera conseguir el estado fundamental cuántico, tendría que enfriarlo por debajo de 50 mil millonésimas de kelvin”, explicó. “No hay ninguna tecnología que permita hacer eso, aún no. Pero si se empuja la frecuencia de sintonía del tenedor “en rdenes de magnitud”, luego sólo se tiene que enfriar a 50 millonésimas de grado sobre el cero absoluto. ”

De este modo, al elegir un material que vibra a frecuencias muy altas —en este caso, 6 mil millones de veces por segundo— Cleland y sus colegas pudieron utilizar un refrigerador disponible comercialmente para alcanzar el estado fundamental cuántico, porque no hay que enfriar tanto el sistema como sería necesario con un material con una frecuencia inferior.

Los investigadores también descubrieron la forma de medir la actividad usando un bit cuántico —una unidad de información cuántica— en lugar de luz, que puede transmitir energía de regerso al enfriado sistema.

“La verdadera clave para que lográsemos que este experimento funcionara estaba en usar este sabor particular de bit cuántico”, dijo Cleland.

Al final, el sistema que mostró el comportamiento cuántico es una película de nitruro de aluminio de aspecto simple recubierta por dos electrodos de aluminio. Cleland y sus colegas no sólo pudieron mostrar que el dispositivo alcanzaba su estado fundamental cuántico, sino que podían controlarlo. Los científicos crearon un fonón, la medida más pequeña de energía vibracional, y lo observaron a medida que iba y venía entre el dispositivo de resonancia y el bit cuántico, según informaron en un artículo publicado en línea el 17 de marzo en Nature.

“Existe un enorme potencial para el uso de estos sistemas mecánicos en el régimen cuántico”, dice Aspelmeyer. “Ahora tenemos que aprovechar todas las posibilidades que tenemos”.

Las aplicaciones potenciales, dice, incluyen el uso de conjuntos de estos resonadores para controlar sistemas cuánticos múltiples en procesamiento de información, o para probar predicciones sobre estados de “gato de Schrödinger”, afirma —el nombre de un felino hipotético que está simultáneamente vivo y muerto— en el que existe un sistema con una mezcla de estados al que se conoce como superposición.

El equipo de Cleland demostró, algo indirectamente, que existía una forma de superposición dentro de su resonador. Si los investigadores pueden hacer una resonador con vibraciones más duraderas, los científicos podrían probar la superposición a escala macroscópica.

Fuente: Science News. Aportado por Eduardo J. Carletti

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